ANSYS电磁场培训手册15

第二章

第3节2-D静磁学1求解模型的单位制:SI分析中使用的单位制为国际单位制:SI力(牛顿）能量(焦耳）功率（瓦）长度（米）时间（秒）质量（公斤）磁通密度B（特斯拉）磁场强度H（安培/米）电流（安培）电阻率ρ（欧姆-米）电压V（伏）电感L（亨）磁导率μr(亨/米）电容（法拉）2基本关系式:B=μH,其中μ=μrμ0μ可为单一值（线性）各相同性或正交各向异性

Preproc>materialprops>isotropic平面属性要求赋予材料质性号μr

相对磁导率3μ可为非线性，以模拟饱和状态BH曲线数据能从ANSYS55材料库中获得 缺省的BH材料库在ansys55目录下的matlib子目录中:

Preproc.>materialprops>materiallibrary>librarypath通过指定路径可在其它位置得到材料数据4BH数据可用如下方式输入

Preproc>materialprops>materiallibrary>importlibrary选择材料选择材料属性选择OK5BH数据生成图形和列表显示表示在列表显示中的数据点号材料号6数据也可列成表格.这种表格也能人工制成

Utility>list>properties>datatables选择OK7BH曲线输入指南数据点(0,0)不要输入定义曲线弯曲处的数据点要密（见M54的数据点）BH曲线要避免生成S形通常M钢定义BH数据到8,000A/m数据需要外推这些曲线的μ值通常需要附加大量的数据以使得μ值由大逐渐变到最终斜率最终斜率为空气值(μ0)8BH数据输入应用实例: 400系列不锈钢输入如下数据

H(A/m)B(T)

790.0.771575.1.102365.1.307875.1.5015750.1.5631500.1.6347245.1.6678740.1.709首先定义数据表，然后把BH数据输入数据表中

Preproc>materialprops>datatables>define/activate平面属性要求赋予材料号选择OK10利用编辑激活活表格输入BH数据Preproc>materialprops>datatables>editactive输入数据后，，用鼠标点取取File>Apply/Quit图示:Preproc>materialprops>datatables>graph列表:Preproc>materialprops>datatables>list11实际求解需要要用到dν/dB2为避免粗劣的的v=Yu条件曲线，ν-B2应该是单调的的。Utility>plot>datatables>graphNUvs.B**212把该曲线数据据放置在库内内，以备将将来使用。Preproc.>materialprops>materiallibrary>exportmaterial选择文件名选取生成的BH数据的材料属属性13应用实例:轴轴对称直流流致动器课题描描述轴对称称线圈为为直流流供电电衔铁居居中但但悬空空在定定子上上方。。分析顺顺序用axis2d宏建模模完成建建模后后，加加边条条件求解后处理理力磁动势势误差范范数电流磁力线线路径图图示能量电感“气隙隙”(mm)“线圈”部件件“衔铁”部件件材料号5(同衔铁铁)14励磁直流施施加到到线圈圈:3安培性质衔铁/定子子:上上述BH曲线线圈:300匝匝,26线线径，，μr=1空气:μr=1单位:毫毫米米(mm)15对于大大多数数应用用，通通常指指定电电压，，线圈圈电流流是算算出来来的.26线规直直径(Dw)=0.404mm(在20摄氏氏度下下)铜电阻阻率(ρ)=17.14E-9ΩΩ-m（（在20摄氏氏度下下）匝数(N)=300线圈中中径为为8mm(Rmid)均匀填填充圆圆线圈圈的电电阻为为：R=16000NρρRmid/Dw2R=4.03ΩΩ对于静静态分分析，，12V电压相相应的的电流流为2.98安安，本本分析析采用用3安安。16参数化建建模需要要：参数GAP必须定义义在命令行行输入gap=.5并回车点取OK选择分网网密度Preproc>sizecntrl>basic17axis2s宏生成模模型衔铁单元元部件ARMATURE线圈面积积参数ACOND线圈单元元部件COIL在ANSYS命令窗口口输入axis2s并回车，，以建立立模型18材料号1为空空气完善边界界条件通量平行边边界条件Preproc>loads>apply>boundary>-fluxparl-lines选择模型边边界上的所所有线19如下方式定定义材料号号1（自自由空间磁磁导率）Preproc>materialprops>isotropic选择OK选择OK20给线圈平面面加载线圈圈电流Preproc>loads>apply>excitation>-currentdensity-areas选择线圈平平面选择OK21给衔铁加力力边界条件件标志Preprocessor>Loads>Apply>-Magnetic-Flag>CompForce选择OK用不同的方方法计算力力，故加载载两种标志志Maxwell应力张量虚功选择ARMATURE22选择所有几几何和有限限元实体进行模拟Solution>electromagnetic>opt&solve选择OK（采用缺省设设置进行求求解）请确认23磁力线Postproc>plotresults>2Dfluxlines注意漏磁位位置线圈区定子上角定子与衔铁交交界位置24计算力Postproc>elec&magcalc>comp.force轴对称模型只只产生垂直方方向力定义单元表项项FVW_Y虚功Y方向力FMX_YMaxwell应力Y方向力环状模型力总总和选择OK25用与衔铁邻接接的空气单元元来计算衔铁铁力，并显示示首先选择空气气单元1)首先选选择空气单元元-材料属属性为1选择Apply2)用Num/Pick从中选取邻近近衔铁面空气气单元用框选取26虚功方法计算算垂直力并用用等值图显示示Postproc>plotresults>elemtable在气隙中选取取空气单元选择OK27用路径图示选选项(PATH)能获得沿衔铁铁面的力的分分布图必须定义路径径Postproc>pathoperations>definepath>bynodes点取节点2给一个任意的的名字增加沿路径的的数据采样点点的数量点取节点1选择OK28路径定义信息息如下路径内的结果果插值是在总总体坐标系下下（与柱坐标标系或其它局局部坐标系相相比）路径由直线线组成29单元表项FVW_Y中的力必须须插值到路路径上Postproc>pathoperations>mapontopath任意名选择ETAB.FVW-Y选择OK30将FVW_Y沿路路径径显显示示Postproc>pathoperations-plotpathitems-ongeometry路径图示示迭加在在几何体体上已定义将路径显显示图缩缩放到一一个较好好的程度度选择OK31节点作用在衔衔铁上的的垂直方方向力的的路径图图示32离路径节节点节点点1的距距离路径上的的力(F_Y)也能打印印输出Postproc>pathoperations>listpathitems选择OK33线圈Lorentz力（JxB）选择线圈圈区域并并定义为为一个部部件。Utility>select>comp/assembly>selectcomp/assembly选择线圈圈为Lorentz力定义单单元表Postpro>elementtable>definetable选择34任意名作用于整整个圆环环上的X方向的Lorentz力选择OK选择Add35线圈X方向Lorentz力的等值值图Postproc>elementtable>plotelemtable选择OK36作用在线线圈单元元上的总总力Postpro>elementtable>sumofeachitem该操作作作用于全全部激活活单元上上相当于360°°圆周上上的受力力单位为为牛顿:N37根据节点点磁场值值差异估估计误差差，且作作为单元元表数据据贮存Postpro>mag&eleccalc>errorevalB_ERR单位(T)H_ERR单位(Amps/m)BN_ERR和HN_ERR由最大大值归归一化化38BN_ERR能用磁磁力线线图进进行等等值显显示图示BN_ERR单元表表项Postpro>elementtable>plotelemtable选择OK激活NOERASE选择Utility>plotcntrls>eraseoptions39图示磁磁力线线Postpro>plotresults>2Dfluxlines选择OK40线性和和非线线性材材料的的共能能计算算Postpro>elec&magcalc>coenergy选择OK41也能计计算贮贮能Postproc>elec&magcalc>energy注：铁铁的共共能大大约是是贮能能的8倍，，表示示铁的的饱和和效应应所致致42铁单元元的磁磁导率率能用用等值值图显显示Postpro>elementtable>选择ADDplane53单元在在线帮帮助选择OK这是绝绝对磁磁导率率43为了获获得相相对磁磁导率率，单单元表表应乘乘以MUZ系数将自由由空间间磁导导率赋赋予参参数:MUZ=12.57x10-7Postpro>elementtable>additems用已已有有名名字字自由由空空间间磁磁导导率率参参数数不需需要要第第二二个个单单元元表表项项选择择OK44用等等值值图图显显示示相相对对磁磁导导率率MURPostpro>elementtable>plotelemtable注意意饱饱和和区区选择择tOK45沿闭闭合合线线计计算算磁磁动动势势MMF确保保整整个个模模型型都都被被激激活活必须须定定义义围围绕绕线线圈圈的的路路径径Postpro>elec&magcalc>definepath>bynodes选取取如如图图所所示示的的7个个节节点点，，可可从从任任一一节节点点开开始始路径的最终节节点应与起始始节点是同一一个跨越空气隙时时，气隙两边边的铁边界上上各选取一个个节点46完成路径定义义由于铁与空气气的界面处H值不连续，故故应增加采样样点的数目选择OK47绕闭合回线计计算MMFPostpro>elec&magcalc>MMF选择OKMMF正负号号由右右手定定则决决定，，路径径的反反时针针方向向与线线圈电电流的的方向向相反反（对对于轴轴对称称模型型，正正电流流方向向为进进行平平面方方向））48为了确确定铁铁芯饱饱和程程度，，沿定定子的的中间间部分分定义义一个个路径径并计计算MMF选取节节点1选取节节点2MMF=-384A-t49输入的的总安安匝数数为900，铁铁芯的的中间间部位位有384安匝匝，也也就是是空气气隙中中只有有519安安匝（（忽略略其余余铁芯芯中的的磁动动势））如果384安匝匝中的的大部部分都都在空空气隙隙中，，磁力力会有有多大